IT202100002465A1 - PROCESS FOR THE EXTRACTION OF RESIDUAL CHEMICALS FROM A POLYMER MATRIX. - Google Patents
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Description
PROCESSO PER L'ESTRAZIONE DI SOSTANZE CHIMICHE RESIDUALI DA UNA MATRICE POLIMERICA. PROCESS FOR THE EXTRACTION OF RESIDUAL CHEMICALS FROM A POLYMER MATRIX.
La presente invenzione riguarda un processo per l'estrazione di sostanze chimiche residuali da una matrice polimerica. Pi? in particolare, la presente invenzione riguarda un processo per l'estrazione di sostanze chimiche residuali, in particolare metalli, da una matrice elastomerica reticolata. The present invention relates to a process for the extraction of residual chemical substances from a polymeric matrix. Pi? in particular, the present invention relates to a process for the extraction of residual chemical substances, in particular metals, from a crosslinked elastomeric matrix.
Lo smaltimento e il recupero di materiali polimerici ? un'esigenza assai sentita allo scopo di ridurre l'impatto di tali materiali sull'ambiente a causa della loro non biodegradabilit?. Tra i materiali polimerici pi? diffusi e che pongono i maggiori problemi dal punto di vista del loro riciclo sono da annoverarsi i materiali elastomerici reticolati, i quali non possono essere fusi o facilmente degradati. Sono state messe a punto tecnologie per il riciclo di tali materiali, solitamente in miscela con polimeri vergini, dopo essere stati ridotti in polvere fine tramite complessi processi di macinazione meccanica o di devulcanizzazione chimica. The disposal and recovery of polymeric materials ? a deeply felt need in order to reduce the impact of these materials on the environment due to their non-biodegradability. Among the most polymeric materials? widespread and which pose the greatest problems from the point of view of their recycling are the cross-linked elastomeric materials, which cannot be melted or easily degraded. Technologies have been developed for the recycling of these materials, usually mixed with virgin polymers, after being reduced to fine powder through complex mechanical grinding or chemical devulcanization processes.
In alternativa, i materiali elastomerici reticolati, ridotti in una forma suddivisa adeguata, ad esempio tramite granulazione, possono essere impiegati come riempitivi per la realizzazione di superfici calpestabili oppure per la produzione di manufatti da impiegarsi in diversi ambiti, quali l'edilizia e l'arredo urbano. Alternatively, the cross-linked elastomeric materials, reduced to a suitable divided form, for example by granulation, can be used as fillers for the creation of walkable surfaces or for the production of manufactured articles to be used in various fields, such as construction and Street furniture.
Tuttavia, tali materiali possono presentare ulteriori problemi in termini di sicurezza ambientale, in quanto contengono, oltre al materiale polimerico, sostanze chimiche residuali che derivano in gran parte dal processo di reticolazione che richiede l'aggiunta di numerosi prodotti, quali reticolanti, acceleranti, attivatori, inibitori, stabilizzanti, antiossidanti, adiuvanti di processo, promotori di adesione, ecc. Ci? ? particolarmente vero per i materiali elastomerici reticolati a zolfo, largamente impiegati per la produzione di articoli dove ? richiesta un'elevatissima resistenza all'usura, quali pneumatici, pavimentazioni, cinghie di trasmissione, ecc. However, these materials can present further problems in terms of environmental safety, as they contain, in addition to the polymeric material, residual chemicals which largely derive from the crosslinking process which requires the addition of numerous products, such as crosslinkers, accelerators, activators , inhibitors, stabilizers, antioxidants, process aids, adhesion promoters, etc. There? ? particularly true for sulfur cross-linked elastomeric materials, widely used for the production of articles where ? very high resistance to wear is required, such as tyres, flooring, drive belts, etc.
Una classe di sostanze chimiche residuali presenti nei materiali elastomerici, che sono di difficile estrazione quando tale materiale ? reticolato, ? costituita dagli idrocarburi policiclici aromatici (PAH), i quali tendono a legarsi in modo sostanzialmente stabile ai componenti presenti nella matrice polimerica, per cui essi sono difficili da estrarre tramite l'utilizzo di solventi organici, anche quando questi sono combinati con ultrasuoni e/o calore. A class of residual chemicals present in elastomeric materials, which are difficult to extract when such material is reticulate, ? made up of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), which tend to bind in a substantially stable way to the components present in the polymeric matrix, so they are difficult to extract through the use of organic solvents, even when these are combined with ultrasound and/or heat.
Nel brevetto CN 106349498 si descrive un processo per il trattamento di un particolato di gomma da riciclo che prevede l'utilizzo di anidride carbonica in condizioni supercritiche, la quale ? in grado di penetrare all'interno della matrice elastomerica ed estrarre i PAH e altre molecole organiche presenti. L'estrazione viene realizzata ad una temperatura da 50?C a 150?C e ad una pressione da 8 MPa a 50 MPa, e pu? essere ulteriormente favorita dall'aggiunta, in combinazione con il fluido in condizioni supercritiche, di un solvente, quale acqua, acetone, toluene, triclorometano, diclorometano, etere di petrolio, nesano, n-eptano, etanolo o propanolo. Patent CN 106349498 describes a process for the treatment of a recycled rubber particulate which involves the use of carbon dioxide in supercritical conditions, which? able to penetrate inside the elastomeric matrix and extract the PAHs and other organic molecules present. The extraction is carried out at a temperature of 50?C to 150?C and at a pressure of 8 MPa to 50 MPa, and can be further aided by the addition, in combination with the fluid under supercritical conditions, of a solvent, such as water, acetone, toluene, trichloromethane, dichloromethane, petroleum ether, nexane, n-heptane, ethanol or propanol.
Un'altra classe di sostanze chimiche residuali presenti nei materiali elastomerici ? costituita dai metalli, in particolare metalli pesanti quali cobalto e zinco e altri. Lo zinco ? presente in genere nel sistema di vulcanizzazione, in particolare in quello a zolfo, che prevede l'aggiunta di zinco ossido come attivatore di reticolazione. I composti metallorganici a base di cobalto sono invece ampiamente utilizzati come promotori di adesione della gomma ai materiali di rinforzo, in particolare alle cordicelle di acciaio ottonato. Another class of residual chemicals found in elastomeric materials? made up of metals, especially heavy metals such as cobalt and zinc and others. The zinc ? generally present in the vulcanization system, in particular in the sulfur one, which provides for the addition of zinc oxide as a crosslinking activator. On the other hand, cobalt-based organometallic compounds are widely used as adhesion promoters of rubber to reinforcing materials, in particular to brass-plated steel cords.
La rimozione dei metalli risulta difficile in quanto ad oggi non sono noti metodi non distruttivi per l'estrazione dei metalli da una matrice polimerica. L'estraibilit? dei metalli ? infatti fortemente ostacolata dall'ingombro sterico dei composti metallorganici e dalla natura dei legami chimici che si instaurano con la matrice polimerica. The removal of metals is difficult as to date there are no known non-destructive methods for the extraction of metals from a polymeric matrix. The extractability of metals? in fact strongly hindered by the steric bulk of the organometallic compounds and by the nature of the chemical bonds which are established with the polymeric matrix.
Il Richiedente si ? posto il problema di trovare un processo per l'estrazione di metalli da una matrice polimerica, in particolare da una matrice elastomerica reticolata, che sia realizzabile senza l'utilizzo di sostanze inquinanti e che porti all'ottenimento di un granulato di materiale elastomerico avente un ridotto contenuto di metalli residui e possa quindi essere utilizzato per vari impieghi, ad esempio come riempimento per impianti sportivi, per parchi giochi dei bambini, e altre applicazioni che prevedono contatti frequenti e/o continuativi con la pelle degli utilizzatori. Is the Applicant yes? posed the problem of finding a process for the extraction of metals from a polymeric matrix, in particular from a crosslinked elastomeric matrix, which can be implemented without the use of polluting substances and which leads to the obtainment of a granulate of elastomeric material having a reduced content of residual metals and can therefore be used for various uses, for example as a filler for sports facilities, for children's playgrounds, and other applications that require frequent and/or continuous contact with the skin of the users.
Il Richiedente ha trovato che questo ed altri problemi meglio illustrati nel seguito possono essere risolti tramite un processo di estrazione che impieghi un fluido supercritico, in particolare anidride carbonica supercritica, e almeno un agente complessante. Si ritiene infatti che il fluido supercritico, grazie alla sua bassissima tensione superficiale, sia in grado di permeare all'interno della matrice polimerica e di agevolare l'ingresso dell'agente complessante, che penetra nel materiale e forma complessi con i metalli presenti i quali vengono cos? rimossi in tempi relativamente rapidi, senza lasciare residui nel materiale che possano essere pericolosi. The Applicant has found that this and other problems better illustrated hereinafter can be solved by means of an extraction process which uses a supercritical fluid, in particular supercritical carbon dioxide, and at least one complexing agent. In fact, it is believed that the supercritical fluid, thanks to its very low surface tension, is able to permeate inside the polymeric matrix and to facilitate the entry of the complexing agent, which penetrates the material and forms complexes with the metals present which they come like this removed relatively quickly, without leaving residues in the material that could be dangerous.
Il Richiedente ha constatato che il processo di estrazione di cui sopra consente di rimuovere, oltre ai metalli, anche i composti organici pi? mobili, comunemente presenti nei materiali polimerici, cos? da ridurre o eliminare il tipico odore che caratterizza tali materiali, soprattutto quando si tratta di materiali reticolati. The Applicant has found that the above extraction process allows to remove, in addition to the metals, also the more organic compounds? furniture, commonly present in polymeric materials, cos? to reduce or eliminate the typical smell that characterizes these materials, especially when it comes to cross-linked materials.
Il Richiedente ha inoltre trovato che tale processo di estrazione pu? essere combinato con una fase di estrazione di sostanze organiche residuali tramite il medesimo fluido supercritico in presenza di un cosolvente, cos? da ridurre in modo significativo la concentrazione di prodotti chimici residuali di natura organica meno mobili, quali i PAH. The Applicant has also found that this extraction process can be combined with a phase of extraction of residual organic substances through the same supercritical fluid in the presence of a cosolvent, so? to significantly reduce the concentration of residual chemicals of a less mobile organic nature, such as PAHs.
La presente invenzione riguarda pertanto un processo per l'estrazione di sostanze chimiche residuali da un materiale polimerico contenente metalli, che comprende: The present invention therefore relates to a process for the extraction of residual chemicals from a metal-containing polymeric material, which comprises:
predisporre il materiale polimerico in forma suddivisa in un contenitore di estrazione; arranging the polymeric material in partitioned form in an extraction container;
immettere un fluido supercritico nel contenitore di estrazione, dove si mantengono condizioni di pressione e temperatura superiori alla pressione critica (Pc) e alla temperatura critica (Tc) del fluido impiegato; mantenere a contatto il materiale polimerico in forma suddivisa con il fluido supercritico in presenza di almeno un agente complessante, cos? da estrarre i metalli dal materiale polimerico; introducing a supercritical fluid into the extraction container, where pressure and temperature conditions are maintained above the critical pressure (Pc) and critical temperature (Tc) of the fluid used; maintain contact of the polymeric material in divided form with the supercritical fluid in the presence of at least one complexing agent, so to extract the metals from the polymeric material;
estrarre il fluido supercritico contenente i metalli dal contenitore, e ridurre pressione e temperatura cos? da portare il fluido supercritico allo stato gassoso. extract the supercritical fluid containing the metals from the container, and reduce pressure and temperature so? to bring the supercritical fluid to the gaseous state.
Preferibilmente, il materiale polimerico ? un materiale elastomerico reticolato, in particolare un materiale elastomerico reticolato a zolfo. Questo pu? derivare dal riciclo di prodotti giunti a fine vita, quali, pneumatici, cinghie di trasmissione, tubi, pavimentazioni, guarnizioni, cavi. Esso viene separato dagli altri eventuali materiali presenti (in particolare elementi di rinforzo, quali cordicelle in metallo o in fibra sintetica), e quindi ridotto in forma suddivisa, in particolare in granuli o in polvere, avente una dimensione media preferibilmente non superiore a 10 mm, pi? preferibilmente non superiore a 4 mm. Preferably, the polymeric material ? a crosslinked elastomeric material, in particular a sulfur crosslinked elastomeric material. This can derive from the recycling of end-of-life products, such as tyres, transmission belts, pipes, flooring, gaskets, cables. It is separated from any other materials present (in particular reinforcing elements, such as metal or synthetic fiber cords), and then reduced to a subdivided form, in particular in granules or powder, having an average size preferably not exceeding 10 mm , more preferably not exceeding 4 mm.
I metalli presenti nel materiale polimerico sono in genere in forma ionica, oppure in forma di ossidi o di solfuri. Tali metalli sono prevalentemente metalli pesanti quali cobalto, zinco, piombo. Altri metalli possono essere alluminio, magnesio o loro miscele. Si tratta di metalli spesso presenti in alcune mescole elastomeriche. The metals present in the polymeric material are generally in ionic form, or in the form of oxides or sulphides. These metals are mainly heavy metals such as cobalt, zinc, lead. Other metals can be aluminum, magnesium or mixtures thereof. These are metals often present in some elastomeric compounds.
Preferibilmente, il fluido supercritico ? anidride carbonica supercritica. I valori di pressione e temperatura critiche dell'anidride carbonica sono: Pc = 73,8 bar (7,38 MPa); Tc = 31,1?C. Pertanto, nel contenitore di estrazione vengono mantenuti valori di pressione e temperatura superiori a Pc e Tc, preferibilmente una pressione da 80 bar a 500 bar, pi? preferibilmente da 100 bar a 400 bar, e una temperatura da 50?C a 200?C, pi? preferibilmente da 80?C a 150?C. Preferably, the supercritical fluid ? supercritical carbon dioxide. The critical pressure and temperature values of carbon dioxide are: Pc = 73.8 bar (7.38 MPa); Tc = 31.1?C. Therefore, pressure and temperature values higher than Pc and Tc are maintained in the extraction container, preferably a pressure from 80 bar to 500 bar, more preferably from 100 bar to 400 bar, and a temperature from 50?C to 200?C, more? preferably from 80?C to 150?C.
Per quanto riguarda l'agente complessante, questo ? in genere un composto organico contenente almeno un atomo o gruppo donatore di elettroni, ad esempio azoto, gruppo carbonile, gruppo carbossile, gruppo fosfato, gruppo solfinile. Preferibilmente, l'agente complessante contiene almeno due atomi o gruppi donatori di elettroni. As for the complexing agent, this is? generally an organic compound containing at least one electron donating atom or group, e.g. nitrogen, carbonyl group, carboxyl group, phosphate group, sulfinyl group. Preferably, the complexing agent contains at least two electron donating atoms or groups.
Preferibilmente, l'agente complessante ? scelto tra: ?-dichetoni, acido dietilentetramminoacetico (EDTA) o suoi sali, ditiocarbammati, trialchilfosfati (in particolare complesso tributilfosfato-acido nitrico). Particolarmente preferiti sono i ?-dichetoni, pi? in particolare l'acetilacetone. Preferably, the complexing agent ? selected from: ?-diketones, diethylenetetraminoacetic acid (EDTA) or its salts, dithiocarbamates, trialkyl phosphates (in particular tributyl phosphate-nitric acid complex). Particularly preferred are the ?-diketones, pi? especially acetylacetone.
La quantit? di agente complessante da utilizzare nel processo secondo la presente invenzione pu? variare entro limiti molto ampi, principalmente in funzione della natura dell'agente stesso, della quantit? di metalli da estrarre e del tempo di contatto con il materiale da trattare. Ad esempio, nel caso dell'acetilacetone utilizzato per trattare un tipico materiale reticolato a zolfo per pneumatici, sulla base della sperimentazione effettuata dal Richiedente su scala di laboratorio, ? utilizzabile una quantit? di acetilacetone preferibilmente da 0,2 g a 5 g, pi? preferibilmente da 0,4 g a 2,5 g, per g di materiale trattato. The quantity? of complexing agent to be used in the process according to the present invention can? vary within very wide limits, mainly as a function of the nature of the agent itself, of the quantity? of metals to be extracted and the contact time with the material to be treated. For example, in the case of acetylacetone used to treat a typical sulfur crosslinked material for tyres, on the basis of the experimentation carried out by the Applicant on a laboratory scale, ? usable quantity? of acetylacetone preferably from 0.2 g to 5 g, plus? preferably from 0.4 g to 2.5 g, per g of treated material.
In un'altra forma preferita di realizzazione, l'agente complessante viene introdotto nel contenitore di estrazione insieme al fluido supercritico. In another preferred embodiment, the complexing agent is introduced into the extraction vessel together with the supercritical fluid.
Il contenitore di estrazione ? un contenitore a tenuta che ? in grado di sopportare elevate pressioni, ad esempio un'autoclave. The extraction container ? a sealed container that ? able to withstand high pressures, for example an autoclave.
Per quanto riguarda il fluido supercritico, questo viene preferibilmente immesso nel contenitore di estrazione con una velocit? di flusso che pu? variare entro ampi limiti in funzione delle caratteristiche dell'impianto di estrazione e del materiale da trattare. In genere, sulla base della sperimentazione effettuata dal Richiedente su scala di laboratorio, la velocit? di flusso ? compresa tra 5 g/min e 100 g/min, preferibilmente tra 10 g/min e 50 g/min. As for the supercritical fluid, this is preferably introduced into the extraction container with a speed? flow that can? vary within wide limits according to the characteristics of the extraction plant and the material to be treated. Generally, based on the experimentation carried out by the Applicant on a laboratory scale, the speed? of flow ? between 5 g/min and 100 g/min, preferably between 10 g/min and 50 g/min.
Il materiale polimerico da trattare pu? essere mantenuto a contatto con il fluido supercritico per tempi variabili in funzione, ad esempio, delle caratteristiche chimico-fisiche del materiale da trattare, della pressione e della temperatura a cui viene realizzata l'estrazione, della quantit? di metalli che si intende estrarre, della velocit? di flusso del fluido supercritico, dell'efficacia dell'agente complessante. In genere, sulla base della sperimentazione effettuata dal Richiedente su scala di laboratorio, il tempo di contatto pu? variare da 10 min a 240 min, preferibilmente da 30 min a 180 min. The polymeric material to be treated can? be kept in contact with the supercritical fluid for variable times depending, for example, on the chemical-physical characteristics of the material to be treated, on the pressure and temperature at which the extraction is carried out, on the quantity of metals that you intend to extract, of the speed? of flow of the supercritical fluid, of the effectiveness of the complexing agent. In general, based on the experimentation carried out by the Applicant on a laboratory scale, the contact time can vary from 10 min to 240 min, preferably from 30 min to 180 min.
Il processo di estrazione secondo la presente invenzione pu? essere realizzato in continuo o a batch. All'uscita dal contenitore di estrazione, viene ridotta la pressione e la temperatura del fluido in modo da raggiungere condizioni subcritiche, cos? da ottenere la gassificazione del fluido, mentre i metalli complessati vengono raccolti e smaltiti. The extraction process according to the present invention can be made continuously or in batches. Upon exiting the extraction container, the pressure and temperature of the fluid are reduced so as to reach subcritical conditions, thus to obtain the gasification of the fluid, while the complexed metals are collected and disposed of.
In una forma preferita di realizzazione, il processo secondo la presente invenzione comprende inoltre mantenere a contatto il materiale polimerico in forma suddivisa con il fluido supercritico in presenza di almeno un co-solvente, cos? da estrarre dal materiale polimerico sostanze organiche residuali, in particolare idrocarburi policiclici aromatici (PAH), ammine aromatiche, e altri. In a preferred embodiment, the process according to the present invention further comprises contacting the polymeric material in partitioned form with the supercritical fluid in the presence of at least one co-solvent, thus to extract residual organic substances from the polymeric material, in particular polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), aromatic amines, and others.
Questa fase di estrazione pu? essere condotta contemporaneamente alla fase di estrazione dei metalli, oppure prima o dopo tale fase. Si ritiene che, onde evitare eventuali interazioni tra i due tipi di estrazione, sia vantaggioso che la fase di estrazione delle sostanze organiche residuali sia realizzata separatamente dalla fase di estrazione dei metalli. Tra le due fasi pu? essere vantaggioso effettuare una fase di pulizia del materiale da trattare tramite un flusso del fluido supercritico da solo, senza aggiunta del solvente o dell'agente complessante. This extraction phase can be carried out simultaneously with the metal extraction phase, or before or after this phase. It is believed that, in order to avoid possible interactions between the two types of extraction, it is advantageous for the phase of extraction of the residual organic substances to be carried out separately from the phase of extraction of the metals. Between the two phases pu? It may be advantageous to carry out a cleaning step of the material to be treated by a flow of the supercritical fluid alone, without adding the solvent or the complexing agent.
I PAH pi? comunemente presenti nei materiali elastomerici reticolati, in particolare quelli contenenti nerofumo, sono: benzofluoranteni, pirene, benzopireni, dibenzoantraceni, indenopireni, benzoperilene, crisene, fenantreni, fluorantrene, e similari. Per quanto riguarda le ammine aromatiche pi? comunemente presenti in questo tipo di materiali, ricordiamo le seguenti: N-(1,3-dimetilbutil)-N'-fenilp-fenilendiammina (6PPD), N-isopropil-N'-fenil-1,4-difenilendiammina (IPPD), N-(1,4-dimetilpentil)-N'-fenil-p-fenildiammina (7PPD), N,N'-bis(1,4-dimetilpentil)p-fenilendiammina (77PD), diaril-pfenilendiammine (DAPD). The PAHs pi? commonly present in crosslinked elastomeric materials, in particular those containing carbon black, are: benzofluoranthenes, pyrene, benzopyrenes, dibenzoantracenes, indenopyrenes, benzoperylene, chrysene, phenanthrenes, fluoranthrene, and the like. As for the aromatic amines pi? commonly found in this type of material, we mention the following: N-(1,3-dimethylbutyl)-N'-phenylp-phenylenediamine (6PPD), N-isopropyl-N'-phenyl-1,4-diphenylenediamine (IPPD), N-(1,4-dimethylpentyl)-N'-phenyl-p-phenyldiamine (7PPD), N,N'-bis(1,4-dimethylpentyl)p-phenylenediamine (77PD), diaryl-pphenylenediamines (DAPD).
Per quanto riguarda le condizioni con cui realizzare la fase di estrazione delle sostanze organiche residuali, queste possono essere scelte in modo analogo a quanto indicato sopra per la fase di estrazione dei metalli. As regards the conditions with which to carry out the phase of extraction of the residual organic substances, these can be chosen in the same way as indicated above for the phase of extraction of the metals.
Per quanto riguarda il co-solvente, questo ? preferibilmente scelto tra: acqua, alcoli C1-C4 (preferibilmente metanolo o etanolo), chetoni C3-C9, e loro miscele. Particolarmente preferite sono le miscele tra acqua e metanolo o etanolo, preferibilmente con un rapporto acqua/alcol da 90:10 a 60:40 (p/p). As for the co-solvent, this ? preferably selected from: water, C1-C4 alcohols (preferably methanol or ethanol), C3-C9 ketones, and mixtures thereof. Particularly preferred are the mixtures between water and methanol or ethanol, preferably with a water/alcohol ratio from 90:10 to 60:40 (w/w).
In alternativa o in combinazione, il co-solvente pu? essere introdotto nel contenitore di estrazione insieme al fluido supercritico. Alternatively or in combination, the co-solvent can be introduced into the extraction container together with the supercritical fluid.
Il Richiedente ha constatato che, al termine dell'estrazione, il materiale polimerico in forma suddivisa pu? presentare in superficie una patina biancastra che pu? essere attribuita alla presenza di sostanze estratte ma non asportate dal flusso di fluido supercritico. Pertanto, pu? risultare vantaggioso sottoporre il materiale polimerico dopo la fase (o le fasi) di estrazione ad una fase di lavaggio, allo scopo di asportare le sostanze depositate in superficie. Tale fase di lavaggio pu? essere condotta semplicemente con acqua o un solvente, oppure, preferibilmente con una soluzione acquosa di acido nitrico. Per migliorare l'efficacia del lavaggio, questo pu? essere realizzato tramite sonicazione. The Applicant has found that, at the end of the extraction, the polymeric material in divided form can present on the surface a whitish patina that pu? be attributed to the presence of substances extracted but not removed from the flow of supercritical fluid. Therefore, can it may be advantageous to submit the polymeric material after the extraction step (or steps) to a washing step, in order to remove the substances deposited on the surface. This washing phase can be carried out simply with water or a solvent, or preferably with an aqueous solution of nitric acid. To improve the effectiveness of washing, this can? be accomplished by sonication.
La presente invenzione verr? ora ulteriormente descritta con riferimento alla: This invention will come now further described with reference to:
Figura 1, che ? una rappresentazione schematica di un impianto per la realizzazione del processo oggetto della presente invenzione. Figure 1, what ? a schematic representation of a plant for carrying out the process object of the present invention.
In Figura 1, il fluido (ad esempio anidride carbonica), proveniente da un serbatoio in pressione (1), viene portato ad una pressione superiore al valore della Pc tramite una pompa (2). Il fluido viene miscelato con un agente complessante proveniente da un serbatoio (3) e portato anch'esso alla pressione di cui sopra tramite una pompa (4). La miscela viene pre-riscaldata ad una temperatura superiore alla Tc tramite un preriscaldatore (5), cos? da portare il fluido in condizioni supercritiche. Questo viene quindi immesso in un'autoclave (6) dove ? presente il materiale polimerico da trattare in forma suddivisa. In alternativa, il fluido supercritico e l'agente complessante possono essere alimentati separatamente all'autoclave (6). Per quanto riguarda l'eventuale co-solvente, questo pu? essere alimentato all'autoclave (6) separatamente o, preferibilmente, insieme al fluido supercritico. In Figure 1, the fluid (for example carbon dioxide), coming from a pressurized tank (1), is brought to a pressure higher than the Pc value by means of a pump (2). The fluid is mixed with a complexing agent coming from a tank (3) and also brought to the above pressure by means of a pump (4). The mixture is pre-heated to a temperature higher than the Tc by means of a pre-heater (5), so to bring the fluid to supercritical conditions. This is then placed in an autoclave (6) where ? present the polymeric material to be treated in divided form. Alternatively, the supercritical fluid and the complexing agent can be fed separately to the autoclave (6). As for the possible co-solvent, this pu? be fed to the autoclave (6) separately or, preferably, together with the supercritical fluid.
Terminata la fase di estrazione, il fluido supercritico viene prelevato dall'autoclave (6) e la sua pressione viene ridotta tramite passaggio attraverso un separatore (7). Il fluido passa quindi alla fase gas e pu? essere recuperato e ricircolato nell'impianto, mentre la parte liquida contenente le sostanze estratte viene raccolta in un serbatoio (8). After the extraction step, the supercritical fluid is taken from the autoclave (6) and its pressure is reduced by passing through a separator (7). The fluid then passes to the gas phase and pu? be recovered and recirculated in the plant, while the liquid part containing the extracted substances is collected in a tank (8).
I seguenti esempi di realizzazione sono forniti a mero scopo illustrativo della presente invenzione e non devono essere intesi in senso limitativo dell?ambito di protezione definito dalle accluse rivendicazioni. The following embodiments are provided for illustrative purposes only of the present invention and must not be understood as limiting the scope of protection defined by the appended claims.
ESEMPIO 1 (confronto). EXAMPLE 1 (comparison).
E' stato predisposto un impianto su scala di laboratorio secondo la Fig. 1 in allegato, e nel contenitore di estrazione, costituito da un'autoclave dotata di guarnizioni di tenuta tali da garantire il mantenimento delle pressioni e temperature necessarie alla realizzazione delle prove, sono stati introdotti 50 g di un granulato di gomma reticolata a zolfo (dimensione media dei granuli = 3x3x3 mm). A laboratory-scale plant was set up according to Fig. 1 in the attachment, and in the extraction container, consisting of an autoclave equipped with sealing gaskets such as to guarantee the maintenance of the pressures and temperatures necessary for carrying out the tests, 50 g of a granulate of sulfur-reticulated rubber were introduced (average size of the granules = 3x3x3 mm).
Il granulato conteneva metalli pesanti (cobalto e zinco) nelle quantit? indicate nella prima colonna della Tabella 1 (granulato tal quale). Le quantit? sono state determinate tramite fluorescenza a raggi X secondo la norma UNI EN 15309:2007. The granulate contained heavy metals (cobalt and zinc) in the quantities? indicated in the first column of Table 1 (granulate as it is). The quantities? were determined by X-ray fluorescence according to the UNI EN 15309:2007 standard.
Il granulato tal quale ? stato inoltre sottoposto ad analisi quantitativa dei PAH presenti, tramite estrazione con miscela di cicloesano e toluene in estrattore soxhlet. The granulate as it is? was also subjected to quantitative analysis of the PAHs present, by extraction with a mixture of cyclohexane and toluene in a soxhlet extractor.
Il campione di granulato ? stato sottoposto ad una prima prova di estrazione utilizzando anidride carbonica supercritica con queste condizioni di estrazione: The sample of granules ? been subjected to a first extraction test using supercritical carbon dioxide with these extraction conditions:
T = 120?C; T = 120?C;
p = 340 bar; p = 340 bars;
velocit? di flusso di CO2 = 15 g/min. speed? of CO2 flow = 15 g/min.
Dopo aver lasciato fluire solo il fluido supercritico per 10 min, nel contenitore ? stato immesso un solvente costituito da una miscela acqua/metanolo (rapporto ponderale = 80:20; velocit? di flusso della miscela: 1,25 ml/min). L'estrazione ? stata condotta nelle condizioni sopra indicate per 120 min. Al termine dell'estrazione e dopo depressurizzazione dell'impianto, il granulato ? stato raccolto e analizzato con il metodo indicato sopra. Al termine del processo il granulato aveva perso il caratteristico odore della gomma reticolata a zolfo. After letting only the supercritical fluid flow for 10 min, in the container ? A solvent consisting of a water/methanol mixture was introduced (weight ratio = 80:20; flow rate of the mixture: 1.25 ml/min). The extraction? was conducted under the conditions indicated above for 120 min. At the end of the extraction and after depressurization of the system, the granulate? was collected and analyzed by the method indicated above. At the end of the process, the granulate had lost the characteristic smell of sulfur crosslinked rubber.
Le concentrazioni di cobalto e zinco sono riportate in Tabella 1. Si pu? notare che l'utilizzo della miscela acqua/metanolo in combinazione con il fluido supercritico non porta ad una diminuzione significativa nella concentrazione di metalli presenti nel granulato. The concentrations of cobalt and zinc are shown in Table 1. Is it possible? note that the use of the water/methanol mixture in combination with the supercritical fluid does not lead to a significant decrease in the concentration of metals present in the granulate.
Il granulato trattato ? stato inoltre analizzato per quanto riguarda il contenuto di PAH come descritto sopra. Dai risultati riportati in Tabella 1, si pu? notare una sostanziale riduzione delle quantit? di PAH presenti, le quali scendono al di sotto dei limiti di rilevabilit?. The treated granulate ? was also analyzed for PAH content as described above. From the results reported in Table 1, it can be note a substantial reduction in the amount? of PAHs present, which fall below the limits of detection?.
ESEMPIO 2. EXAMPLE 2.
L'Esempio 1 ? stato ripetuto nelle medesime condizioni, ma in sostituzione della miscela acqua/metanolo ? stato immesso nel contenitore pressurizzato un flusso di acetilacetone (AcAc) (velocit? di flusso: 1 ml/min). L'estrazione ? stata condotta per 60 min. Al termine del processo il granulato aveva perso il caratteristico odore della gomma reticolata a zolfo. Example 1 ? been repeated under the same conditions, but in replacement of the water/methanol mixture ? a flow of acetylacetone (AcAc) was introduced into the pressurized container (flow rate: 1 ml/min). The extraction? was conducted for 60 min. At the end of the process, the granulate had lost the characteristic smell of sulfur crosslinked rubber.
La concentrazione di cobalto e zinco nel granulato dopo estrazione ? riportata in Tabella 1. Si ? osservata una riduzione della concentrazione in peso di cobalto pari al 30,1% e una riduzione della concentrazione in peso di zinco pari al 24,1%. The concentration of cobalt and zinc in the granulate after extraction? shown in Table 1. Yes? observed a reduction in the concentration by weight of cobalt equal to 30.1% and a reduction in the concentration by weight of zinc equal to 24.1%.
ESEMPIO 3. EXAMPLE 3.
L'Esempio 2 ? stato ripetuto nelle medesime condizioni, con l'unica differenza che al termine dell'estrazione il granulato ? stato lavato con una soluzione di HNO3 (0,1 mol/l) per 1 ora in un sonicatore. Example 2 ? been repeated under the same conditions, with the only difference that at the end of the extraction the granulate ? was washed with HNO3 solution (0.1 mol/l) for 1 hour in a sonicator.
La concentrazione di cobalto e zinco nel granulato dopo estrazione ? riportata in Tabella 1. Si ? osservata una riduzione della concentrazione in peso di cobalto pari al 32,5% e una riduzione della concentrazione in peso di zinco pari al 34,7%. The concentration of cobalt and zinc in the granulate after extraction? shown in Table 1. Yes? observed a reduction in the concentration by weight of cobalt equal to 32.5% and a reduction in the concentration by weight of zinc equal to 34.7%.
ESEMPIO 4. EXAMPLE 4.
Il medesimo granulato trattato secondo l'Esempio 1 tramite CO2 supercritica e una miscela acqua/metanolo 80:20 p/p ? stato sottoposto ad una fase di trattamento con CO2 supercritica e AcAc come agente complessante nelle medesime condizioni descritte nell'Esempio 3, a cui ? seguito un lavaggio con una soluzione di HNO3 come descritto nello stesso Esempio 3. The same granulate treated according to Example 1 with supercritical CO2 and a water/methanol 80:20 w/w mixture? been subjected to a treatment step with supercritical CO2 and AcAc as complexing agent under the same conditions described in Example 3, at which ? followed by washing with a solution of HNO3 as described in the same Example 3.
In Tabella 1 sono riportate le concentrazioni di cobalto e zinco dopo tale trattamento. L'analisi quantitativa dei PAH non ? stata ripetuta, essendo le quantit? residue evidentemente inferiori ai limiti di rilevabilit? come riportato per l'Esempio 1. Table 1 shows the concentrations of cobalt and zinc after this treatment. The quantitative analysis of PAH is not ? been repeated, being the quantity? residue evidently lower than the detection limits? as reported for Example 1.
TABELLA 1. TABLE 1.
(*) comparativo (*) comparative
Claims (16)
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